Visualizzazione e quantificazione dei tessuti adiposi marroni e beige nei topi utilizzando [18F]FDG Micro-PET/MR Imaging
Summary
Imaging funzionale e quantificazione di depositi adiposi termogenici nei topi utilizzando un approccio basato sull’imaging micro-PET/MR.
Abstract
Gli adipociti marroni e beige sono ora riconosciuti come potenziali bersagli terapeutici per l’obesità e le sindromi metaboliche. I metodi di imaging molecolare non invasivi sono essenziali per fornire informazioni critiche su questi depositi adiposi termogenici. Qui, il protocollo presenta un metodo basato sull’imaging PET / MR per valutare l’attività degli adipociti marroni e beige nel tessuto adiposo bruno interscapolare di topo (iBAT) e nel tessuto adiposo bianco sottocutaneo inguinale (iWAT). La visualizzazione e la quantificazione dei depositi adiposi termogenici sono state ottenute utilizzando [18F]FDG, l’analogo del glucosio non metabolizzabile, come radiotracciante, quando combinato con le precise informazioni anatomiche fornite dall’imaging MR. L’imaging PET/MR è stato condotto 7 giorni dopo l’acclimatazione a freddo e la quantificazione del segnale [18F]FDG in diversi depositi adiposi è stata condotta per valutare la mobilizzazione relativa dei tessuti adiposi termogenici. La rimozione di iBAT ha aumentato sostanzialmente l’assorbimento di [18F] FDG evocato dal freddo in iWAT dei topi.
Introduction
In risposta alle mutevoli esigenze nutrizionali, il tessuto adiposo funge da cache di energia per adottare la modalità di stoccaggio dei lipidi o di mobilizzazione per soddisfare le esigenze del corpo1. Inoltre, il tessuto adiposo svolge anche una funzione chiave nella termoregolazione, attraverso un processo chiamato termogenesi non tremante, chiamato anche termogenesi facoltativa. Ciò è tipicamente ottenuto dal tessuto adiposo bruno (BAT), che esprime un livello abbondante di proteina di disaccoppiamento della proteina di membrana dei mitocondri 1 (UCP1). Come vettore di protoni, UCP1 genera calore disaccoppiando il trasporto di protoni e la produzione di ATP2. Dopo la stimolazione a freddo, la termogenesi nella BAT viene messa in moto dall’attivazione del sistema nervoso simpatico (SNS), seguita dal rilascio di noradrenalina (NE). NE si lega ai recettori adrenergici β3 e porta all’elevazione dell’AMP ciclico intracellulare (cAMP). Di conseguenza, l’impegno cAMP/PKA-dipendente di CREB (cAMP response element-binding protein) stimola la trascrizione di Ucp1 tramite il legame diretto sugli elementi di risposta CREB (CRE)2. Oltre alla BAT, gli adipociti simili al marrone si trovano anche all’interno del tessuto adiposo bianco e sono quindi denominati cellule beige o brite (marrone in bianco)1,3. In risposta a stimoli specifici (come il freddo), queste cellule beige altrimenti quiescenti vengono rimodellate per mostrare molteplici caratteristiche simili al marrone, tra cui goccioline lipidiche multiloculari, mitocondri densamente imballati e espressione aumentata di UCP13,4,5.
Studi su animali hanno dimostrato che gli adipociti marroni e beige possiedono molteplici benefici metabolici oltre al suo effetto di riduzione del grasso, tra cui sensibilizzazione all’insulina, abbassamento dei lipidi, anti-infiammazione e anti-aterosclerosi6,7. Nell’uomo, la quantità di grasso beige / marrone è inversamente correlata con l’età, l’indice di insulino-resistenza e i disturbi cardiometabolici8. Inoltre, l’attivazione degli adipociti beige/marroni nell’uomo mediante acclimatazione a freddo o agonista del recettore adrenergico β3 conferisce protezione contro una serie di disturbi metabolici4,9,10. Queste prove indicano collettivamente che l’induzione del tessuto adiposo marrone e beige è una potenziale strategia terapeutica per la gestione dell’obesità e delle relative complicanze mediche8.
È interessante notare che, sebbene condividano una funzione simile, gli adipociti beige e marrone classico sono derivati da precursori diversi e attivati da meccanismi sovrapposti ma distinti1. Pertanto, l’imaging in vivo e la quantificazione degli adipociti marroni e beige sono essenziali per ottenere una migliore comprensione del controllo molecolare di questi tessuti adiposi. Attualmente la tomografia ad emissione di positroni (PET) 18F-fluorodeossiglucosio ([18F]FDG) combinata con la tomografia computerizzata (CT) rimane il gold standard per la caratterizzazione delle cellule termogeniche marroni e beige negli studi clinici8. La risonanza magnetica (MRI) utilizza potenti campi magnetici e impulsi a radiofrequenza per produrre strutture anatomiche dettagliate. Rispetto alla TAC, la risonanza magnetica genera immagini di organi e tessuti molli con una risoluzione più elevata. Qui è fornito un protocollo per la visualizzazione e la quantificazione degli adiposi funzionali marroni e beige nei modelli murini dopo l’acclimatazione all’esposizione al freddo, un modo comune e più affidabile per indurre l’imbrunimento adiposo. Questo metodo può essere applicato per caratterizzare con alta precisione i depositi adiposi termogenici in modelli animali di piccole dimensioni.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo studio, è stata descritta un’imaging e una quantificazione basati su PET / MR del tessuto adiposo marrone e beige funzionale in piccoli animali. Questo metodo utilizza l’analogo del glucosio non metabolizzabile [18F]FDG come biomarcatore di imaging in modo da identificare i tessuti adiposi con elevata domanda di glucosio in modo non invasivo. La RM offre un buon contrasto tra i tessuti molli e può differenziare meglio i tessuti adiposi dai tessuti molli e dai muscoli vicini. Se combinato con la PET…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo il sostegno della National Natural Science Foundation of China (NSFC) – Excellent Young Scientists Fund (Hong Kong e Macao) (81922079), Hong Kong Research Grants Council General Research Fund (GRF 17121520 e 17123419) e Hong Kong Research Grants Council Collaborative Research Fund (CRF C7018-14E) per esperimenti di imaging su piccoli animali.
Materials
| 0.9% sterile saline | BBraun | 0.9% sodium chloride intravenous infusion, 500 mL | |
| 5 mL syringe | Terumo | SS05L | 5 mL syringe Luer Lock |
| Dose Calibrator | Biodex | Atomlab 500 | |
| Eye lubricant | Alcon Duratears | Sterile ocular lubricant ointment, 3.5 g | |
| Insulin syringe | Terumo | 10ME2913 | 1 mL insulin syringe with needle |
| InterView Fusion software | Mediso | Version 3.03 | Post-processing and image analysis software |
| Isoflurane | Chanelle Pharma | Iso-Vet, inhalation anesthetic, 250 mL | |
| Ketamine | Alfasan International B.V. | HK-37715 | Ketamine 10% injection solution, 10 mL |
| Medical oxygen | Linde HKO | 101-HR | compressed gas, 99.5% purity |
| Metacam | Boehringer Ingelheim | 5 mg/mL Meloxicam solution for injection for dogs and cats, 10 mL | |
| nanoScan PET/MR Scanner | Mediso | 3 Tesla MR | |
| Nucline nanoScan software | Mediso | Version 3.0 | Scanner operating software |
| Wound clips | Reflex 7 | 203-100 | 7mm Stainless steel wound clips, 20 clips |
| Xylazine | Alfasan International B.V. | HK-56179 | Xylazine 2% injection solution, 30 mL |
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